Современные источники искусственного света

Современные искусственные источники света

Д. Д. Юшков, канд. техн. наук, ученый секретарь Всероссийского светотехнического института им. С. И. Вавилова (ВНИСИ)

Сегодня на рынок активно продвигаются энергоэффективные полупроводниковые источники света – светодиоды. Однако в большом количестве осветительных приборов до сих пор широко используются лампы накаливания. Разберемся, какие вообще на сегодняшний день существуют искусственные источники света и какова их энергоэффективность, а значит, и перспектива дальнейшего использования.

Лампы накаливания

Лампы накаливания – это тепловые источники света. На сегодняшний день эффективные лампы накаливания – это галогенные лампы, в которых используется буферный газ в виде паров галогенов. Пары галогена в колбе лампы позволяют увеличить ее ресурс до 2 тыс. ч и более и повысить световую отдачу до 20–24 лм/Вт 1 .

Предпринимались неоднократные попытки повысить эффективность ламп накаливания, например создать лампу накаливания, в которой часть длинноволнового ИК-излучения преобразовывалась бы в более коротковолновое видимое излучение с помощью так называемых антистоксовых люминофоров 2 .

Кроме того, предлагались интерференционные покрытия на колбу лампы, которые возвращают тепловую энергию на нить накаливания, подогревая ее. Таким образом, для нагрева нити требуется меньше электрической энергии.

Сейчас пытаются использовать в лампах накаливания новые технологии, в том числе нанотехнологии, которые позволяют эффективно выделить из теплового излучения лампы видимый диапазон, который воспринимается человеческим глазом. Применение таких технологий позволяет уменьшить тепловые потери и, соответственно, повысить эффективность лампы накаливания. Специалисты говорят о трехкратном повышении световой отдачи.

Если удастся создать лампу со световой отдачей более 60 лм/Вт при тех же достоинствах, которыми отличаются современные лампы накаливания: спектр излучения, привычный для человека, отсутствие пульсаций и приемлемая стоимость,– это будет хороший и эффективный источник света. «Хоронить» лампу накаливания неэтично, неправильно.

Разрядные источники света

Лампы с электродами

Разрядные источники света делятся на две большие группы. Это лампы высокого давления и лампы низкого давления. Обычно они имеют два электрода для введения энергии в разряд, а для включения их в сеть требуется пускорегулирующий аппарат.

Лампы низкого давления наиболее широко представлены трубчатыми люминесцентными лампами различной объемной конфигурации. Это могут быть линейные лампы или сложно изогнутые конструкции. Принцип их действия таков: электрический разряд в насыщенных парах ртути с инертным газом создает ультрафиолетовое излучение, которое трансформируется люминофором в свет видимого диапазона. Световая отдача люминесцентных ламп от 60 до 115 лм/Вт.

В лампах высокого давления используются разные виды заполнения колбы. Например, в металлогалогенных лампах (МГЛ) это смесь паров ртути, инертных газов и галогенидов металлов, состав которых и определяет спектр лампы. Наиболее высокими параметрами обладают лампы с керамическими горелками, их световая отдача превышает 100 лм/Вт при хорошей цветопередаче. В натриевых лампах, главными областями применения которых являются освещение дорог и растениеводство, используется амальгама натрия. Световая отдача превышает 130 лм/Вт, и на сегодня это самое высокое значение среди разрядных ламп.

Безэлектродные лампы

Наряду с упомянутыми выше разрядными лампами, в последнее время расширяется класс безэлектродных ламп. Необходимо сразу пояснить: безэлектродность – это просто другой способ ввода электрической энергии в объем разрядной колбы ламп. Соответственно, существуют безэлектродные лампы как низкого, так и высокого давления. Главным преимуществом этих ламп является отсутствие вакуумноплотных вводов в колбу, распыления электродов при работе, и особенно при зажигании, и, как следствие, больший срок службы по сравнению с аналогичными электродными лампами.

Для передачи мощности в объем разрядной колбы в лампах высокого давления используются более высокие частоты, низкого давления – переменное напряжение более низких частот. Это связано как со свойствами электромагнитного поля, так и с условиями, которые нужно создать в разрядной колбе. Низкая частота в данном случае – это десятки и сотни килогерц, вплоть до 10 МГц. Для ламп высокого давления эта цифра достигает порядка 1000 МГц. Это частоты сантиметрового СВЧ-диапазона, то есть длина волны соизмерима с размером разрядной колбы.

Люминесцентные безэлектродные лампы состоят из колбы тороидальной или подобной ей замкнутой формы, разряд в которой представляет собой вторичный виток высокочастотного трансформатора – индуктора (иногда их называют индукционными лампами). Существуют лампы, имеющие шарообразную колбу 3 , принцип их действия такой же. На колбу лампы нанесен люминофор, наполнение вполне традиционное – ртуть или ее амальгама с инертным газом. Частота питания «низкая», световая отдача более 80 лм/Вт при сроке службы выше 35 тыс. часов.

Плазменные лампы имеются двух типов. Один из них – «высокочастотная» безэлектродная МГЛ с кварцевой колбой, ее мощность до 250 Вт. Это компактная полупроводниковая СВЧ-техника, ее световая отдача до 130 лм/Вт. Срок службы таких ламп может составлять свыше 20 тыс.ч.

Ко второму типу относятся плазменные лампы, имеющие спектр излучения, близкий к солнечному. Мощность ламп от 500 Вт до нескольких киловатт. Применяются они, как правило, для освещения больших пространств. СВЧ-излучение большой мощности генерируют магнетроны. Ресурс магнетронного генератора определяет срок службы этой системы; один из производителей указывает значение 10 тыс. ч 4 .

Потенциал срока службы безэлектродных ламп во многом определяется ресурсом радиоэлектронных компонентов.

Светодиоды

Один из самых перспективных и динамично развивающихся сейчас источников искусственного света – это светодиоды, полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающие оптическое излучение при пропускании через них тока в прямом направлении. Быстрое развитие и применение светодиодов для освещения началось с конца 1990-х годов, после разработки относительно дешевых синих светодиодов. Сочетание таких светодиодов с люминофором позволило создать компактный белый источник света. Главные их достоинства – высокая эффективность и механическая прочность, длительный срок службы. Световая отдача коммерческих изделий достигает 130 лм/Вт при сроке службы более 30 тыс.ч. С применением светодиодов созданы конструкции ламп-ретрофитов, повторяющих по внешнему виду лампы накаливания и предназначенных для их прямой замены в диапазоне мощности 5 до 75 Вт.

Основные области применение светодиодной техники – это наружное и архитектурное освещение, административные здания и крупные предприятия. Сегодня главным ограничивающим фактором более широкого применения полупроводниковых источников света является их высокая стоимость.

1 Каталог. Источники света 2013–2014. Osram.

2 Согласно эмпирическому правилу Стокса – Ломмеля, длина волны фотолюминесценции больше, чем длина волны возбуждающего света. Однако существуют так называемые антистоксовые люминофоры, излучающие более коротковолновое излучение, чем падающее. С помощью антистоксовых люминофоров можно преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет.

3 Каталог. Источники света. Philips.

4 Каталог. GE Electronics. Группа светотехники.

5 Каталоги: Источники света 2013–2014. Osram и Источники света. Philips.

Источник

Искусственные источники света: виды, особенности, сфера использования

Свет позволяет нам видеть окружающий мир, воспринимать цвета, форму и объем. В ходе эволюции человечество перестало довольствоваться естественными источниками освещения и создало собственные, искусственные. Как они работают, какими группами представлены, читайте в статье ниже.

Что такое источник света

Источник света — это любой объект, который излучает электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Свет не только дает возможность получать зрительную информацию, он — пусковой механизм многих процессов. В солнечных батареях свет с помощью фотоэлемента преобразуется в электрический ток. В растениях световые волны запускают химические реакции и участвуют в фотосинтезе.

Типы источников света

По происхождению различают искусственные и естественные источники света. В природе можно встретить разные объекты, способные светиться.

Космические тела: Солнце, звезды, кометы.

Атмосферные явления: молнии, северное сияние.

Представители растительного и животного мира (насекомые, морские организмы).

Искусственный свет – результат человеческой деятельности.

По характеру все световые источники разделяют на люминесцирующие (холодные) и тепловые. В первой группе – светлячки, гниющая древесина, люминесцентные лампы. Для объектов второго типа видимый спектр излучения – лишь способность, сопутствующая выделению тепла. В числе таковых пламя, Солнце, звезды, лампы накаливания и др.

Какие источники света используют в помещениях и на улице

Современные источники искусственного освещения объединяет общая характеристика. Они преобразуют электрическую энергию в световой поток. Различаются лампы по специфике работы, сфере использования, функциональным характеристикам.

Лампы накаливания. В спектре преобладают красное и желтое излучение. Приборы имеют небольшой ресурс, их применяют в быту и для декоративного освещения.

Галогенные лампы. Их особенность – длительный ресурс эксплуатации, способный достигать 5000 часов. В колбу устройства вводят специальные галогеновые газы, призванные замедлять разрушение вольфрамовой нити. Среди плюсов таких ламп – яркий свет, высокое качество цветопередачи.

Люминесцентные приборы. Их относят к газоразрядными источникам света. Электрический импульс создает ультрафиолетовое излучение, при котором наблюдается свечение люминофора. Устройства разнятся по качеству цветопередачи, устанавливаются в производственных и коммерческих помещениях. В продаже можно найти трубчатые, кольцевые и компактные спиралевидные модели.

Газоразрядные лампы высокого давления. Применяются для наружного освещения, поскольку хорошо переносят перепады температур, имеют широкий диапазон мощности и солидный срок службы. Обеспечивают хороший уровень световой отдачи, но цветопередача оставляет желать лучшего.

Светодиоды. Наиболее перспективная группа. Надежные, энергоэффективные, яркие, они широко используются в разных сферах.

Большой выбор электротоваров представлен в каталоге нашего сайта. Их можно приобрести оптом и в розницу по доступной цене.

Характеристики источников света

Напряжение. Характеристика показывает, какое напряжение электрической сети требуется оборудованию для старта и стабильной работы, измеряется в вольтах.

Мощность. Измеряется в ваттах, говорит о количестве энергии, которое потребляет прибор за определенное время.

Световой поток. Отвечает за эффективность прибора освещения, измеряется в люменах.

Световая отдача. Показывает КПД осветительного прибора, зависит от энергоэффективности. Определяется как соотношение светового потока к количеству использованной энергии.

Цветовая температура. Характеристика указывает на оттенок светового излучения. Выделяют три основные группы: теплая (до 3000 К), нейтральная (до 5000 К), небесно-голубая (свыше 5000 К).

Уровень освещенности. Единица измерения – люкс, показывает количество светового потока на единицу площади.

Индекс цветопередачи. Единица учета – Ra. Максимальное значение соответствует свету солнца и составляет 100%. Допустимым считается показатель в диапазоне 80-100%. Более низкие значения искажают естественные тона объектов.

Спектр излучения. Человеческий глаз воспринимает свет в промежутке с длиной волны от 380 до 780 нанометров. Смещение этого показателя в крайние позиции дает преобладание синего и красного спектра.

Важно знать! Цветовая температура влияет на эмоциональное восприятие и ощущение комфорта у человека.

Что важно знать и учитывать при выборе источника света

Мощность. От параметра зависит энергоэффективность искусственного источника света, а также ваш счет за электричество.

Светоотдача. Ламп с бОльшим показателем требуется меньше при прочих равных.

Цветопередача. Способность техники корректно отображать палитру окружающего мира.

Цвет излучения. В жилых помещениях отдают предпочтение теплому световому потоку (до 3000 К), в коммерческих и производственных – холодному (до 5000 К).

Эксплуатационный и гарантийный ресурс.

Основные группы искусственных источников света

1. Газоразрядные лампы. Оптимальное сочетание эффективности и стоимости. Колба представляет собой цилиндрическую трубку, в которую закачаны пары ртути. Устройства экономные в расходе энергии. Срок службы достигает 20 000 часов. Среди преимуществ: хорошая цветопередача, отсутствие нагрева во время работы. Недостатки: снижается световой поток при понижении или повышении температуры, содержат ртуть.
2. Лампа накаливания. Изобретенный раньше других искусственный источник света. Характеризуется светом теплой тональности, имеет погрешность в передаче сине-голубых, желтых и красных тонов. Среди преимуществ: доступность, невысокая цена, нетребовательность к оборудованию. Среди недостатков: нагреваются при работе, срок службы порядка 1000 часов, КПД не превышает 10%.
3. Светодиодные лампы. Используют полупроводниковые кристаллы, которые при преобразовании электричества светятся. Благодаря отличным техническим характеристикам уверенно завоевывают рынок. Световая отдача – до 120 Лм/Вт, срок службы – до 100000 часов, цветопередача – в диапазоне 80-85.

возможность создания светильников сложных геометрических форм;

экономное потребление электроэнергии;

отличная механическая прочность;

длительный срок службы.

К недостаткам можно отнести малый угол излучения и узкий спектральный состав.

Приобрести современные электротовары вы можете в нашем магазине. Доступные цены и большой ассортимент позволяют подобрать лампы для любых светильников.

Важно знать! Светодиодные лампы используют как индикаторы, точечную, ленточную подсветку.

Выбираем источник света для дома

Для домашнего использования лучше остановиться на светодиодных приборах. Разнообразие форм и размеров позволяет реализовать любые типы подсветки. Вариативность количества светодиодов обеспечивает достаточную яркость освещения, а солидный эксплуатационный ресурс поможет надолго забыть о замене лампочек.

Выводы

Современные источники света надежны, безопасны, потребляют минимум энергии. При выборе ламп обращайте внимание на рекомендации, указанные на световом оборудовании, учитывайте размеры помещения и степень естественного освещения. Специалисты магазина «Свет депо» всегда готовы помочь в выборе и комплектации заказа.

Источник